Differenzierung der IMS-Spektren von Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP) von anderen Mykobakterien

Purkhart, R.; Reinhold, Petra GND; Becher, G.; Schüler, W.; Graupner, R.; Köhler, Heike GND

Einleitung: Im Headspace von Bakterienkulturen sind volatile Substanzen (VOC) detektierbar, die potentiell für diagnostische Zwecke nutzbar sind. Ziele dieser Studie waren, (1) spezifische Fingerprints für Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP) innerhalb der für Mykobakterien geltenden VOC-Profile zu identifizieren und (2) zu prüfen, ob sich verschiedene MAP-Stämme bezüglich ihrer volatilen Marker unterscheiden. Methoden: In die Pilotstudie wurden 2 MAP-Stämme (ein Referenzstamm, ein Feldisolat) sowie 6 Stämme weiterer Mykobakterienspezies außerhalb des MTB (Mycobacterium tuberculosis)-Komplexes (z.B. M. phlei, M. smegmatis, M. terras, M. fortuitum) einbezogen. Zur Analyse des Headspaces der Kulturen wurde ein GC-IMS-System (microanalyzer Sionex™, Multikapillarsäule) verwendet. Relevante Peaks wurden identifiziert, mittels Clusteranalyse gruppiert und den Gruppen zugeordnet. Die Korrektklassifikationsraten für die Erkennung des Wachstums und die Differenzierung der Stämme erfolgten mit einer Leave-One-Out Kreuzvalidierung und einer Support-Vector-Machine. Ergebnisse: Insgesamt wurden 150 verschiedene Cluster identifiziert, die jeweils eine konkrete volatile Komponente repräsentieren; 80 davon wurden in die weiteren Auswertungen einbezogen. Einige Peaks detektierten das Wachstum der Bakterien an sich, andere wiesen eine Korrelation zur eingesetzten Bakterienkonzentration auf. Die Korrektklassifikationsraten zur Erkennung des Bakterienbewuchses vs. unbeimpften Nährboden betrugen 98%. Im Vergleich von MAP zu anderen Mykobakterien wurde eine Korrektklassifikation von 83% erreicht. Nur wenige Marker unterschieden sich zwischen den beiden MAP-Stämmen. Schlussfolgerung: Mit IMS Clustern kann man MAP von anderen Mykobakterien unterscheiden. Weiter ist zu prüfen, wie diese Ergebnisse reproduzierbar sind, und ob Feldisolate von MAP spezifisch differenziert werden können. Ausblick: Die Methode erscheint geeignet, künftig als schnelle Analysemethoden für Differenzierung von Bakterien im Labor verfügbar zu sein, bei höchster Sicherheit für das Personal, da Proben für die Analyse nicht wieder geöffnet werden müssen.

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Purkhart, R. / Reinhold, Petra / Becher, G. / et al: Differenzierung der IMS-Spektren von Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP) von anderen Mykobakterien. 2015.

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